面向驾驶辅助系统的车辆行驶安全预警模型研究

发布时间：2017-10-03 12:04

  本文关键词：面向驾驶辅助系统的车辆行驶安全预警模型研究

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【摘要】：目前,因驾驶员操作不当引起的交通事故高发,与之相关的车辆安全驾驶辅助技术(DAS)研究日益受到重视。驾驶辅助技术是在车辆行驶过程中,在出现紧急情况之前能够对驾驶员进行安全预警,对驾驶员予以警示,纠正驾驶中的不当操作,能够有效避免或降低因驾驶员人为因素而导致的交通事故。因此,车辆驾驶辅助系统的研究对提高驾驶安全和改善道路交通安全状况具有重要的理论意义和研究价值。本文在对车辆驾驶辅助系统所含的主要功能模块介绍,以及相关技术的发展与研究现状回顾、总结的基础上,针对现有安全驾驶辅助系统存在的问题因较少考虑驾驶员个体差异及车辆特性而存在误报与漏报的问题,提出了面向驾驶辅助系统的车辆行驶安全预警模型研究。因引入驾驶员个体差异及车辆运行特性,结合车辆跟驰、换道及超车等行车安全预警模型建立更符合驾驶员实际操作习惯,可有效提高安全驾驶辅助系统预警准确性和适应性,是对现有安全驾驶辅助系统技术与理论的有力补充和完善。在对单个车辆行驶安全预警的研究基础上,对多车采用自适应巡航控制的跟随行为进行了深入研究,最后给出考虑传感器延时与机械滞后的车队自适应巡航控制稳定性分析。本文主要研究内容总结如下:1、设计了考虑横向偏移的车辆跟随安全预警模型。通过对大量交通现象调查与分析,发现在实际车辆跟随过程中前后车辆并不始终保持在车道中心线处行驶,而是存在一定程度的横向偏移,形成交错跟随现象。正因为前后车之间横向偏移的存在,会对驾驶员产生不同的超车刺激,跟随车辆极有可能利用前方横向净空路宽超车。为保证跟随车能安全完成这一过程,建立基于横向偏移的车辆跟随行驶安全预警模型是十分必要的。该模型引入最大逃逸速度(MES)概念,以最小安全车头间距为目标,计算驾驶员在不同横向偏移情况下安全跟随或超车所需的最小跟随距离,确保预警模型可降低因驾驶员过激跟随或盲目超车而带来的交通事故影响,同时该模型也将车辆跟随从一维模式扩展到二维模式。2、建立了基于驾驶员类型的车辆换道安全预警模型。针对传统车辆换道预警模型忽视驾驶员个体差异与车辆几何模型,使其缺乏安全性和灵活性。本文在模型建立过程中,首先对与换道相关联的车辆的运动状态进行了详细的分析,给出了车辆与关联车辆之间各种可能的碰撞形式。在此基础上,针对不同类型驾驶员在不同换道环境下的驾驶特性,结合车辆运动学理论,建立基于不同行驶状态及不同司机类型的椭圆最小安全距离换道安全预警模型。最后通过Matlab仿真发现,文中提出的模型由于考虑驾驶员因素与实际换道情况相符,计算的换道安全距离更适应不同类型驾驶员需求。3、提出了考虑车辆运行特性与驾驶员类型的超车安全预警模型。现有的超车模型因较少分析车辆运行特性与驾驶员类型这两种典型的影响因素,使得模型所计算的超车距离与超车时间不能适应于所有车辆与驾驶员类型,因此会造成车辆因超车时间和超车距离不够而产生超车碰撞危险,也可能产生车辆因偏大的超车时间和超车距离降低超车次数。另外,不同类型驾驶员在超车时机选择及超车前与前车的跟随时距不同,会对车辆在超车过程中所需的超车距离与超车时间不同。因此,在现有的研究基础上,对车辆运行特性和驾驶员类型进行分类,以双车道车辆超车场景,并考虑不同道路等级的设计时速,建立了超车整个过程所需的最小超车时间和超车距离的安全预警模型。最后,给出数值仿真与计算结果。由于超车影响因素考虑更为全面,提高了超车预警系统的自适应性和预警的准确性,同时也是安全驾驶辅助系统的有力补充。4、提出了考虑驾驶员行为特性的车道偏离预警模型。首先分析了现有三种不同车道偏离时间TLC计算方法,并对其进行了优缺点、鲁棒性及适应性比较;接着,通过对驾驶员在高速公路上的行车实验数据进行统计分析,得到符合驾驶员习惯的车道偏离行为特性,采用模糊推理的方法设计了不同驾驶员不同车道不同方向偏离的可变车道偏离报警时间阈值。然后,引入驾驶员行为意图的判别,最终设计了考虑驾驶员行为特性的车道偏离预警模型策略。最后试验证明,文中所提出的车道偏离预警策略具有较高的准确率和实时性,驾驶员满意度较好。5、对自适应巡航控制车队行驶安全性及稳定性进行了分析。首先,以理想情形下的自适应巡航控制模型为基础,引入执行机构延时与传感器延时这两种误差,给出了在不同误差影响下的车队稳定性的研究,得出了执行机构与传感器延时均会恶化车队行驶的动态稳定性,且传感器延时的影响更大,但对系统静态误差没有影响。然后,建立了考虑这两种误差影响的自适应巡航控制模型,分析了满足车队稳定情况下的各参数之间的关系。最后,根据车队稳定性条件,合理设置ACC系统控制参数进行试验仿真,且分别给出了同源与异源车队在不同参数下的车队行驶稳定性情况,结果表明在系统延时情况下仍能保证车队行驶安全及弦稳定。
【关键词】：驾驶辅助系统 车辆跟随 车辆换道 车道偏离 自适应巡航控制
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 绪论14-34
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 驾驶辅助系统概述15-19
• 1.3 驾驶辅助系统研究现状19-28
• 1.3.1 跟随安全预警系统19-21
• 1.3.2 换道与超车安全预警系统21-24
• 1.3.3 车道偏离预警系统24-27
• 1.3.4 自适应巡航控制系统27-28
• 1.4 驾驶员行为特性研究28-30
• 1.5 本文主要研究内容与结构安排30-32
• 1.5.1 主要研究内容30-31
• 1.5.2 论文结构安排31-32
• 1.6 本章小结32-34
• 第二章 跟随安全预警模型研究34-46
• 2.1 引言34-35
• 2.2 车辆横向偏移分析35-37
• 2.3 跟随安全预警模型37-40
• 2.3.1 邻车影响的车辆跟随安全距离模型37-39
• 2.3.2 前车影响的车辆跟随安全距离模型39-40
• 2.4 模型仿真40-45
• 2.4.1 邻车影响的车辆跟随安全距离模型仿真40-43
• 2.4.2 前车影响的车辆跟随安全距离模型仿真43-45
• 2.5 本章小结45-46
• 第三章 换道安全预警模型研究46-62
• 3.1 引言46
• 3.2 车辆换道情形分析46-48
• 3.3 基于驾驶员类型的车辆模型48-50
• 3.4 车辆换道安全预警模型建立50-56
• 3.4.1 车辆M与车辆F_d之间的安全距离模型51-53
• 3.4.2 车辆M与车辆L_d之间的安全距离模型53-54
• 3.4.3 车辆M与车辆L_o之间的安全距离模型54-56
• 3.5 模型仿真56-61
• 3.5.1 车辆M与车辆F_d之间的安全距离仿真56-58
• 3.5.2 车辆M与车辆L_d之间的安全距离仿真58-59
• 3.5.3 车辆M与车辆L_o之间的安全距离仿真59-61
• 3.6 本章小结61-62
• 第四章 超车安全预警模型研究62-77
• 4.1 引言62
• 4.2 车辆超车情形分析62-63
• 4.3 超车行为影响因素分析63-65
• 4.3.1 车辆运行特性影响63-64
• 4.3.2 驾驶员个体影响64-65
• 4.4 双车道超车安全预警模型建立65-70
• 4.4.1 单向双车道超车安全模型建立65-68
• 4.4.2 双向双车道超车安全模型建立68-70
• 4.5 模型仿真70-76
• 4.5.1 单向双车道超车模型仿真70-74
• 4.5.2 双向双车道超车模型仿真74-76
• 4.6 本章小结76-77
• 第五章 车道偏离安全预警模型研究77-101
• 5.1 引言77
• 5.2 车道偏离时间TLC计算方法选择77-91
• 5.2.1 TLC计算方法优缺点比较78-83
• 5.2.2 TLC计算方法鲁棒性比较83-85
• 5.2.3 TLC计算方法适应性比较85-91
• 5.3 考虑驾驶员特性的TLC阈值确定91-96
• 5.3.1 驾驶员横向特性分析91-94
• 5.3.2 基于模糊推理的TLC阈值确定94-96
• 5.4 车道偏离安全预警模型实现96-98
• 5.5 实验仿真测试98-100
• 5.6 本章小结100-101
• 第六章 自适应巡航控制研究101-125
• 6.1 引言101-102
• 6.2 自适应巡航控制模型分析102-111
• 6.2.1 理想自适应巡航控制模型分析103-104
• 6.2.2 考虑执行器滞后的自适应巡航控制模型分析104-105
• 6.2.3 考虑传感器延时的自适应巡航控制模型分析105-106
• 6.2.4 模型对比分析106-111
• 6.3 自适应巡航控制模型与稳定性111-115
• 6.3.1 考虑延时的自适应巡航控制模型建立112-113
• 6.3.2 车队弦稳定性分析113-115
• 6.4 仿真分析115-124
• 6.4.1 同源ACC车队稳定性仿真115-118
• 6.4.2 异源ACC车队稳定性仿真118-121
• 6.4.3 鲁棒性分析121-124
• 6.5 本章小结124-125
• 总结与展望125-129
• 参考文献129-139
• 攻读博士学位期间取得的研究成果139-141
• 致谢141-142
• 附件142

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本文编号：965081